PortAudio採集和播放音訊，實現一個雙路混音器
混音，顧名思義，就是把多個音源混合的過程，是一個很常見的應用。這兩天我也做了一個雙路混音器，當然，我沒有做多麼專業的音訊訊號處理，只是一個簡單的混音，調節各路音量，並實現了一些音效處理。主要功能有：採集硬體裝置，讀取wav檔案，播放，混音，音量調節，音訊節奏、音調的調節，wav檔案輸出。這麼多功能，我們不需要一個一個全部自己實現，有時候，藉助開源專案，尤其是比較成熟的開源專案，不但可以大大節省開發時間，還能使程式更加穩定。即便不能直接在自己的專案中使用，也能有借鑑意義。這個專案中我就使用了PortAudio，PortAudio是一個開源的、跨平臺的音訊IO庫，它主要提供了音訊採集和播放的介面，而且API非常簡單。大家可以嘗試一下。
下圖就是該專案產品截圖：
所有的功能呢，在介面上是一目瞭然了，其中有三個子視窗，是音訊資料經FFT（快速傅立葉）變換後顯示的頻譜圖，左右兩個分別是兩路音訊的，中間則是混音後的。這裡我和大家分享一下這個混音器的設計思路以及PortAudio的使用，希望有需求的朋友能夠有所借鑑。
首先是程式的邏輯架構圖
PortAudio在專案中主要負責採集硬體裝置和播放記憶體中的音訊Sample，其實在Windows上實現這種功能可以有多種方法，之前我也基於DirectShow做過，這次使用PortAudio主要也是想熟悉一下，將來如果要做其他平臺的應用時，可以直接拿來使用了。
- AudioInput的主要功能是封裝一下音訊的輸入，包括硬體採集和檔案讀取
- AudioMixer管理AudioInput，並進行音量和各種音效處理
- 鑑於檔案操作比較費時，FileWritter的操作其實是放在單獨的執行緒中進行的。
PortAudio的封裝和使用
PortAudio的API非常的簡單，基本上完成採集或播放的功能，只需要呼叫三個介面就可以了：Pa_OpenStream, Pa_StartStream, Pa_CloseStream。它們的原型如下
首先，我們需要呼叫Pa_Initialize來進行PortAudio的初始化，然後設定好Pa_OpenStream
我們只需要在回撥函式中操作inputBuffer或者outputBuffer即可，下面是我啟動前進行設定的程式碼：
1. PortAudio的採集
2. PortAudio的播放
有一點需要注意的是，framesPerBuffer的值，也就是在Pa_OpenStream中設定的引數值，這個數值就是outputBuffer或inputBuffer中音訊幀的個數，我這裡設定成了512，當然你也可以設定成其他的數值，不過不宜過小，否則會造成大量的非同步回撥，cpu是處理不過來的。這個數值再乘以你之前這隻的音訊幀Sample格式（我這裡是paFloat32）和音軌個數，就可以計算出outputBuffer或inputBuffer的大小，然後就可以操作音訊資料了，例如在採集的回撥函式中這樣使用。
memcpy(audio_data, inputBuffer, framesPerBuffer * sizeof(float)*2);
混音演算法
實話實說，這個混音演算法是我從網上找到的，不過效果還是挺不錯的，公式就是
C = A + B - (A * B >> 0x10)
A和B就是兩路不同的音訊資料，C就是混音後的音訊資料，當然，處理後，還需要對C進行防止資料溢位的處理，否則，可能會有爆音。
如果是16bit音訊資料，就是：
if (C > 32767) C = 32767; else if (C < -32768) C = -32768;
如果是float音訊資料，就是：
if (C > 1) C = 1; else if (C < -1) C = -1;
這個演算法針對的是16bit的音訊取樣資料，我實驗的結果是：對float音訊取樣資料，同樣有不錯的效果。
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